Ассиметрия импульсов управления

Основываясь на предыдущих способах диагностики рассмотрим работу трехфазного мостового управляемого выпрямителя при ассиметрии импульсов управления (при α_норм=60°, α₂=30°, α₅=10°).

Ubc Uca Ucb Uab Uac Ubc Uba

Рис.4.1 Кривые фазных токов и выпрямленного напряжения трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку при α_норм=60°, α₂=30°, α₅=10°.

 

По форме выходного напряжения и фазных токов, а так же по спектрам их гармоник мы можем судить о нарушении работы выпрямителя. В данном примере рассмотрена неправильная работа фазосдвигающего устройства. Мы видим искажение выходного напряжения, и основываясь на выше приведенных примерах можем определить, что на тиристоры Т2 и Т5 подаются аномальные импульсы управления.

II.Исследование трёхфазного управляемого выпрямителя при нагрузке на противо-ЭДС, при моделировании на двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

Промоделировав трехфазный мостовой выпрямитель при работе на двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, можно проанализировать работу якорной цепи этого двигателя. ДПТ в настоящее время всё ещё находят широкое применение. Появление асинхронных и синхронных двигателей не способствовало вытеснению двигателей постоянного тока, т.к. замена всех двигателей требует больших денежных затрат, а так же система управления постоянного гораздо проще, чем у двигателей переменного тока.

Тип и параметры двигателя, выполняющие роль нагрузки, приведены в задании. Чтобы начать моделировать, необходимо рассчитать номинальный ток якоря и величину противо-ЭДС, создаваемую двигателем в номинальном режиме работы, а так же коэффициент трансформации, трансформатора, выполняющего согласование нашего выпрямителя и промышленной сети.

Расчёт напряжения источников питания:

DU_a- падение напряжения на тиристорах (для мостовой схемы 3 В);

- амплитуда напряжения в каждой из фаз.

Для согласования управляемого выпрямителя с промышленной сетью (U_1m=311B) необходимо между сетью и полупроводниковым преобразователем поставить трансформатор с коэффициентом трансформации

Расчёт номинального тока двигателя и номинальной величины противо-ЭДС.

Перед тем как моделировать, опишем элемент Машина постоянного тока из пакета MatLab 7 (Simulink):

Рис. 5.1 Пиктограмма ДПТ в Mat Lab 7 (Simulink).

Назначение:

Моделирует электрическую машину постоянного тока.

Порты модели А+ и А- являются выводами обмотки якоря машины, а порты F+ и F- представляют собой выводы обмотки возбуждения. Порт ТL предназначен для подачи момента сопротивления движению. На выходе портa m формируется векторный сигнал, состоящий из четырех элементов: частота вращения, ток якоря, ток возбуждения и электромагнитный момент машины.

Пиктограмма блока DС Масhine представлена на рис.5.1.

Цепь якоря машины представлена последовательно включенными элементами: R а – активное сопротивление якорной цепи, La – индуктивность якорной цепи и Е_FСЕМ – ЭДС обмотки якоря (управляемый источник напряжения). Величина ЭДС обмотки якоря вычисляется по формуле:

Е = К_Е*w,

где Е – ЭДС обмотки якоря; w – частота вращения вала электродвигателя; К_Е – коэффициент пропорциональности между угловой частотой вращения и ЭДС.

Нормальный режим работы

Рис.5.2 Расчетная схема мостового управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке при работе на ДПТ в пакете MatLab 7 (Simulink)

 

На выходе портa m формируется векторный сигнал, состоящий из четырех элементов: частота вращения, ток якоря, ток возбуждения и электромагнитный момент машины.

Рис.5.3 Графики частоты вращения w (рад/сек), тока якоря Iя (А), тока возбуждения Iв (А) и электромагнитного момента машины (Н*м).

 

Получим динамическую характеристику ДПТ с независимым возбуждением:

w

Te

Рис.5.4 Динамическую характеристику ДПТ с независимым возбуждением.

 

При работе выпрямителя с нагрузкой на противо-ЭДС, тиристоры открываются только после того, как приложенное напряжение источника питания превысит встречную к нему противо-ЭДС E_d. В данном опыте имитируется работа двигателя постоянного тока, и изменение величины противо-ЭДС соответствует изменению оборотов двигателя. Для примера рассмотрим, когда напряжение u_ab становится больше напряжения u_cb, в этот момент подаётся импульс управления на тиристоры Т1 и Т6 в результате чего происходит их открытие и ток начнет протекать по цепи – La – a’ – T1 – R_н –Lн – Ed – T6 – b’ – Lв –b. В данном примере при угле управления 30º, величины противо-ЭДС не достаточно для того, что бы повлиять на открытие тиристоров, поэтому при подаче положительного напряжения и импульса управления, тиристоры откроются в момент естественной коммутации вентилей.

Если величина противо-ЭДС достаточна открытия тиристоров, то в этом случае процесс включения будет отличаться от приведённого выше. Т.е. когда значение напряжения питания станет равным запирающему, будет подан импульс управления на тиристоры Т1, Т6; произойдет их отпирание и ток будет протекать по цепи a –La – a’ – T1 – R_н –Lн – Ed – T6 – b’ – Lв –b. При снижении питающего напряжения до значения меньшего запирающего, эта пара тиристоров закроется, после чего по этой же схеме в работу вступит следующая пара тиристоров. Такой режим работы преобразователя называется “режим прерывистых токов”.

На рис.5.5 мы видим кривые выпрямленного напряжения и фазных токов при нормальном режиме и угле управления α_норм=30°.

Рис.5.5 Кривые выпрямленного напряжения и фазных токов при нормальном режиме и угле управления α_норм=30°.

Управляемый выпрямитель с нагрузкой на противо-ЭДС Нормальный режим работы при α1-6=30o.
Частота,Гц
№ гармоники
фаза	a	I amv
b	I bmv
c	I cmv
U dmv
I dmν

 

Если при изменении угла α подбирать значение противо-ЭДС таким образом, что бы ток сохранял свое номинальное значение, мы сможем построить зависимость величины противо-ЭДС от угла управления. Т.е. имитируется работа двигателя постоянного тока: при увеличении угла α, снижается значение величины противо-ЭДС и тем самым частота оборотов двигателя.

Рис.5.6 Зависимость противо ЭДС от угла регулирования.

Аномальный режим работы.

Аномальный режим выпрямителя с нагрузкой на противо-ЭДС при отказе в работе плеча с тиристором Т3 при α_1…6=30^o

Теперь для аномального режима на выходе портa m сформируем векторные сигналы, состоящие из четырех элементов: частота вращения, ток якоря, ток возбуждения и электромагнитный момент машины.

Рис.5.7 Графики частоты вращения w (рад/сек), тока якоря Iя (А), тока возбуждения Iв (А) и электромагнитного момента машины (Н*м).

Рис.5.8 Кривые выпрямленного напряжения и фазных токов при аномальном режиме при отказе в работе плеча с тиристором Т3 и угле управления α_норм=30°.

Управляемый выпрямитель с нагрузкой на противо-ЭДС Нормальный режим работы при α1-6=30.
Частота,Гц
№ гармоники
фаза	a	I amv
b	I bmv
c	I cmv
U dmv
I dmν

Вывод

При рассмотрении трёхфазного мостового управляемого выпрямителя на разные виды нагрузок, можно отметить, что любая ассиметрия импульсов управления приводит к появлению высших гармоник, а значит к ухудшению экологии сети. Поэтому необходимо не допускать подобные аномальные режимы работы выпрямителя.

При исследовании аномальных режимов были рассмотрены несколько способов их диагностики. Способ, основанный на оценке напряжения на нагрузке и его гармоник, служит для общей оценки состояния выпрямителя. Он не указывает конкретного места неисправности. Самым универсальным способом диагностики управляемого выпрямителя является способ, основанный на совместном анализе кривых мгновенных значений фазных токов и выходного напряжения выпрямителя. При таком способе важно осцилографировать кривые U_d,I_a,I_b,I_c в соответствии с условными положениями кривых фазных токов и напряжения на нагрузке. Затем, анализируя кривые тока и напряжения определить направление фазных токов и линейных напряжений. В результате по кривой фазного напряжения при определении нами линейного напряжения, легко определить угол включения того или иного тиристора. Этот способ может использоваться при выходе из строя одного тиристора или полностью всех.

Библиографический список

1.Учебное пособие «Полупроводниковые преобразователи» Часть 1. Кулик В.Д.

2. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink.